在汽车领域中,虚拟现实技术（VR）作为设计师和工程师的强大工具,得到了广泛可用。研究[1]表明，根据对不同工业领域的调查结果，汽车制造商使用虚拟现实技术显著受益，虚拟现实技术的应用极大地促进了汽车制造领域的发展。研究[2]综合阐述了虚拟现实技术在汽车设计及研发、汽车生产及维修教学、汽车营销及服务等汽车行业的研究进展，并展望了虚拟现实技术的发展趋势。研究[3]介绍了基于虚拟现实技术搭建的虚拟现实系统，并从外观设计评审、人机交互部件设计评审、虚拟性能评审与异地协同、虚拟展示这四个方面介绍了该系统在汽车设计中的应用情况。随着虚拟现实技术的蓬勃发展，汽车行业的VR 技术也由萌芽阶段逐步走向成熟。

一、汽车服务培训和有效性研究

研究[4]表明，与非虚拟的训练方法相比，通过一个VE工具在技能获取(训练后的表现)和技能恢复(短时间和长时间的训练后) 方面相比更有效。通过模拟汽车服务在乐高工艺汽车模型上执行程序，比较不同类型的虚拟和非虚拟培训方法的有效性，总的结果表明，制造商投资VE系统模拟一个边学边做的汽车服务程序，可大大提高运营商的性能。此外，研究结果表明，VE系统比其他培训方式具有更多的功能、更有效地提高操作员的工作效率。

研究[5]提出了一个汽车力学虚拟训练系统，该系统为采用图形引擎在Unity 3D环境下开发的虚拟现实环境，允许用户在教学过程中有一个更大的沉浸，以便优化物质资源、基础设施、时间等。实验结果表明，基于人机交互的系统能够有效地开发汽车力学领域的技能和能力。

研究[6]探讨了在竞争最激烈和最复杂的工业领域之一，汽车领域服务操作员的虚拟培训，在虚拟环境中进行的体验式训练是经典视频训练解释的有力替代。汽车制造商想要投资, 必须考虑到加强汽车服务运营商培训,相对于简单的观察, 在训练3d应用程序中与组件交互过程和经验更重要,如LARTE-VBT,可以极大地提高学员的收购程序的技能。此外，人们体验3D环境的硬件对培训和学员的培训后表现没有影响，因此，便携式和相对便宜的设备，可以被汽车工业用作远程培训活动的工具。例如，通过使用LARTE-VBT等多平台培训应用程序，汽车制造商可以在全球范围内以类似的效率水平，为使用不同硬件(如Oculus Rift等)访问培训内容的运营商提供服务培训。便携式3D设备和多平台VBT应用的普及，是虚拟现实领域从业者和研究人员未来面临的主要挑战，一些行业将从下一代便携式设备中受益。目前，VBT培训应用程序的设计者必须将他们的精力投入到可以在多个设备上使用的多平台软件的开发中，同时将他们的注意力集中在界面的可用性和VBT应用程序的功能上。事实上，有效性的关键主题虚拟现实训练经验,和这些成功应用在工业领域,是最后的主观感知终端用户(例如，运营商、经理、专业人员,培训师)在培训工具的可用性,以及他们在多大程度上相信，虚拟训练是可靠的、和真实的训练有可比性。未来的研究，需要进一步比较通过不同类型的便携式设备进行虚拟培训后的学员表现，并比较这些培训与在场讲解、在职培训等其他培训方式的有效性。

二、设计验证、装配、维护和工程学评估

研究[1]报告了虚拟现实技术在汽车制造商或制造商的实际研发过程中的应用，如福特汽车公司、通用汽车设计实验室等机构。

福特5号实验室的工艺工程师使用HMD来理解三维汽车设计的美学品质。一辆汽车的后排座椅向前折叠，设计师精心检查设计间隙，可能允许客户查看内部组件。或在另一种情况下，工程师问:“我们需要改变末端的形状盖在仪表板上，那会是什么样子?”。不同内饰材料的汽车模型可以加载到虚拟环境和在外观、感觉和个性方面进行比较。HMD让设计师和工程师能够面对现实生活姿势和视觉视角。正如一位工程师解释的那样:“我坐在车里它是真实的。我可以打开车门，打开手套箱，看看座位下面。”设计可以虚拟地快速更改和重新评估。

通用汽车工程VR实验室的工程师们也加入了他们的行列,去看一辆卡车的前格栅。他们想知道是，什么可以从外面看到:“我可以通过格栅看到交流冷凝器吗?”，过了一会儿，“是的，我们最好把它漆成黑色。”VR让他们能够注意到并修正设计的视觉方面,原来直到生产才见过。VR实验室经理解释道:“VR基本上消除了3D原型，我们可以渲染这个模型，感觉非常直观和方便。”

在福特汽车公司(Ford Motor Co.)，人体工程学工程师正在使用虚拟现实技术设计有关标准安装时的最大允许装配力各不相同软管，配备了人机界面、物理道具和力传感器，符合人体工程学工程师们估计了安装软管所需的力量姿势。他们利用VR体验的结果，为外部供应商设定安装所需的最大力的设计规格。整合来自装配作业人员的反馈对于成功确定这些规格至关重要，数据从虚拟现实中的人体工程学评估中收集的数据经常被用作外部供应商的设计参数:“大多数研究都是关于设置目标的。”虚拟现实在这种情况下提供了一种方法，以确保人们的许多高度并能安全完成装配任务。

近十年来，人为因素在新型工业产品尤其是在汽车工业中，设计、工程、生产和维护等方面越来越受到重视。人体工程学的质量正在成为许多产品成功的关键标准[7]，人体工效学已成为汽车设计中的一门重要学科。因此，从概念车的早期阶段开始在其中构建强大的工具，检查新车的所有人体工程学方面定义，是很重要的。基于虚拟现实技术为设计师提供了测试不同技术的灵活性以及内部和外部美学的汽车。与物理原型方法相比，开发的系统提供了成本效益和时间，为人体工程学分析提供了有效解决方案。

与传统的CAD系统相比，虚拟现实技术在人体工程学方面具有明显的优势。主要的好处是，可以充分体验实时沉浸式和交互式环境规模。人体工程学分析的任何问题都能被快速地描述出来，并且设计者在工作中具有优势，用逼真的1:1比例表示虚拟模型。在不同的虚拟人的帮助下设计，可以在设计的早期阶段研究更广泛的备选设计，而不是主观陈述来自有限的测试人员，一个人可以访问虚拟人的整个数据库。将人体模型集成到VE中，允许设计师对人-车交互有一个全局的视角。未来的工作可能包括，使用更复杂的硬件，如全身人体跟踪和在虚拟环境中渲染复杂的工效学评估，反馈系统可以综合起来给用户更逼真的感觉。

近年来，虚拟现实技术在产品开发的各个阶段得到了广泛的应用，使用VR可以让设计师减少非常昂贵和需要很长时间的物理原型的生产。虚拟人用于汽车工业，特别是用于对汽车的虚拟原型进行人体工程学分析。在这项研究工作中，对第一辆沙特阿拉伯汽车进行了人体工程学评估。利用CATIA V5人体构建模块开发美国男性50%和95%的虚拟人体，并利用虚拟人体对驾驶员座椅进行人机工程学分析。这项研究的主要目标是开发一个虚拟环境(VE)，允许设计师和工程师在早期开发阶段使用数字模型来评估汽车内饰和驾驶员座位位置，而不是建立实体原型，对项目进行虚拟验证。在半沉浸式虚拟环境中，对汽车的数字模型进行了成功的人机工程学评估，并在此基础上对驾驶员的座椅位置提出了建议。

三、运行阶段的车辆健康监测

标准的汽车维护活动是具有挑战性的、耗时的、容易出错的和昂贵的。虽然有很多创新的工作结合了最新的技术来提供更新形式的用户和车辆之间的交互，但很少有人利用这些技术来加强车辆维护等活动。从与车辆的实际互动以及对记录数据的分析中同时得出相似之处的能力，对于支持迅速有效的决策至关重要。为了模糊这些真实世界和虚拟世界之间的差异，提出了“车库时代”—一个使维护人员能够在一个共同的环境中与两个世界交互的生态系统。通过学习汽车零部件、用户行为和反馈的历史变化，这种混合生态系统允许用户之间的多渠道沟通，具有个性化的上下洞察，从而使用户能够在动态中做出数据驱动的决策[8]。

四、提高技术开发和研究的效率

研究[9]提出了一个实时的驾驶模型VH，提出了一种交互式操作建模方法。真正的操作者是装配和拆卸活动的发起者，他们参与了整个过程。从这个意义上说，虚拟人作为真实操作者的化身，在虚拟装配与维护仿真中起着重要的作用。通过对交互式拆装过程的详细分析，确定了VH的功能要求，根据定义的需求，完成以下工作。首先，利用动态约束建立实时驾驶模型，支持个性化的人体模型驾驶；然后，提出了一个驱动误差模型，定量分析了运动捕捉系统对VH驱动误差的影响；在此基础上，提出了一种基于约束处理的VH交互操作建模方法，包括VH实时驱动方法和VH实时驱动方法交互式操作建模方法，该方法在VH直接操作产品、VH操作工具、VH使用工具操作产品的场景下进行交互操作建模；最后，对汽车发动机连杆帽进行了装配仿真，并进行了用户调研，调查结果验证了该模型和方法的可行性和有效性。研究的创新点在于完整的VH模型集成到虚拟现实环境中进行交互装配和拆卸操作。

参考文献：

[1]Berg LP, Vance JM. Industry use of virtual reality in product design and manufacturing: a survey. Virtual Real 2017; 21: 1–17.

[2]周军，李瑞方.虚拟现实技术在汽车设计中的应用[J].汽车设计.2021（03）.

[3]田岩，李任君，贾钟书，周钰斌，宋雅诗 .虚拟现实技术在汽车领域的应用及发展 [J].汽车科技.2019（05）.

[4] Borsci S, Lawson G, Salanitri D, Jha B. When simulated environments make the difference: the effectiveness of different types of training of car service procedures. Virtual Real 2016; 20:83–99.

[5]Quevedo WX, Sanchez JS, Arteaga O, Alvarez M, Zambrano VD, Sanchez CR, et al. Virtual reality system for training in automotive mechanics. In: DePaolis LT, Bourdot P, Mongelli A, editors. Augmented reality, virtual reality, and computer graphics, Avr 2017, Pt. 2017. p. 185–98.

[6]Borsci S, Lawson G, Jha B, Burges M, Salanitri D. Effectiveness of a multidevice 3D virtual environment application to train car service maintenance procedures. Virtual Real 2016; 20:41–55.

[7]Abidi MH, El-Tamimi AM, Al-Ahmari AM, Darwish SM, Rasheed MS. Virtual ergonomic assessment of first Saudi Arabian designed car in a semi-immersive environment. In: Sreekumar M, Zoppi M, Nithiarasu P, editors. International

Conference on Design and Manufacturing. 2013. p. 622–31.

[8]Shah S, Petluru S, Singh R, Srivastava S, Assoc Comp M. gAR-age: a feedback-enabled blended ecosystem for vehicle health monitoring. 2018.

[9]Qiu S, Fan X, Wu D, He Q, Zhou D. Virtual human modeling for interactive assembly and disassembly operation in virtual reality environment. Int J Adv Manuf Technol 2013; 69:2355–72.